流速与流量的测定PPT学习教案

二、各截面上高度Z的取值
Z =Z ；Z =Z ′
11
′ 2 2 第28页/共36页
三、关于阻力损失的取值
截面1至截面1：hf hf 进 截面2至截面2：hf hf 出 截面1至截面2：hf hf 进 hf 直 hf 出
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四、各截面上压力的取值
在1-1至1′-1′之间列方程
平均流速：放于管中心处，测出 umax，
层流： u 0.5umax 湍流： u 0.8umax
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2) 安装 a）管口截面： 严格垂直于流体的流动方向； b）测量点选择： 在稳定流动段（直管段），
且前后直管各50d , 至少 8-12d； c）毕托管直径： 外径不超过管径的1/50；
2-2
10 m
1-1
p1gz1u12 2Wep2gz2
u22 2
hf
第33页/共36页
p1
gz1
u12 2
We
p2
gz2
u22 2
hf
We
p2
g(z2 z1)
hf
泵入口管的阻力损失：
90°弯头=35
hf 1
[( l
d
le ) d
]u2
2
进口=0.5
常温水: 1000kg / m3; 1mPa s;
（转子上刻有斜槽） 3) 各种流量计在管路中的安装；
为便于检修，各种流量计均应有旁路。
(5) 使用 1) 用于清洁或腐蚀性流体测量； 2) 玻璃管不耐高温、高压，易碎； 3) 开启时，应缓慢调节流量阀。
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(6) 转子流量计的优缺点 1) 优点 阻力损失小，测量范围宽， 流量计前后不需稳定管段。
g z1
P1
u12 2
gz1
P1
u12 2
h f 11
h f 11
h进
进
u2 2
0.5 u2 2
P1 P1 1.5 u2
2
管 进 口 内 、 外侧压 力不相 等
静压能的减少用来克服入口阻力损失及转换为动压能！
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在2-2至2′-2′之间列方程
g z2
P2
u22 2
gz2
2gR( )
Re 105时，CV 恒定，约为0.97 ~ 0.99
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(3) 安装要求 稳定段长度：上游50d，下游10d。
(4) 主要优缺点 优点：永久阻力损失小(实测压差Δp1-3的10%)； 缺点：造价较高，本身尺寸较长。
(5) 孔板流量计和文丘里流量计 1) 只能测平均流速，不能测速度分布； 2) 采用试差法求流量系数Cv 或 C0； 3) 可绘制校正曲线，直接查取压差-流量关系。
2gR(0 )
又
S1u1 S0u0
u1
S0 S1
u0
孔口流速：u0 C0
2gR( )
式中：
C0
C
1
S0 S1
— 流量系数或孔流系数
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流量：qV C0S0
2(
)gR
C0S0
2p
直 径 比
孔流系数：
孔流系数C0
0.82
C0
f
(Re1,
d0 d1
, 取压方式, 加工)
因此，u2
1 1 (S2 )2
S1
2gVf ( f ) Sf
校正：u2 CR
2gVf ( f ) Sf
转子流量计的流量系数
校正系数：CR f (Re,转子形式）
当Re 104时，CR 0.98
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流量：qV CR S2
2gVf ( f ) Sf
S2：环隙截面积
Re 104时，qV S2 h2,由刻度直接读流量.
Re du 7.08104
/ d 0.001
L=5 m; d=0.1 m λ=0.0235
第34页/共36页
u=0.708 m/s
qv 20m3 / h
hf 1 0.626J / Kg
泵入口管的阻力损失：
截止阀=475 545
90°弯头=35; 共两个
h f
2
[( l
d
le) ] u2
d0 d1
0.80
0.75
0.70 0.65 0.60 0.55 0.45 0.20
例题：以孔板流量计测量某气体的流量 。已知气体温度为400℃，表压力为 1.962 MPa，管内径为190 mm，孔板 内径为130 mm。在此条件下气体的密 度为6.82 kg/m3，粘度为23.75×106PaS，孔板前后的压差为58.86 KPa， 试求气体的质量流量（设气体的膨胀系 数ε=1）
qm=8.1 Kg/s
校 核 Re及 C0
u
qm
0.7 8 5d12
42m / s
Re du 2.3106
查表的C0=0.6第8，16页与/共假36设页 一致，故假设正确。
3. 文丘里流量计
(1) 结构及特点 1) 结构
2) 特点 节流式流量计 (恒截面，变压差)
喉管
流量：qV CV S2
d）测量气体时： 压力变化不超过15%； 要求气体流速 > 5 m/s；
e）压差较小时： 可配合微差压差计使用。
3) 适用条件 大直径管路，流体含固体杂质时不宜采用。
第7页/共36页
4）毕托管的优点： ◇ 结构简单； ◇ 使用方便； ◇ 流体的机械能损失很少。 5）毕托管的局限性： ◇ 测速管较多地用于测量气体流场中某点的速度； ◇ 测压孔易堵塞。
P2 u2 2
2
h f 22
h f 22
h出
出
u2 2
u2 2
P2 u 2 P2 u 2
22
管 出 口 内 、 外侧压 力相等
动压能的减少刚好用来克服出口阻力损失！
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习题：
如附图所示，常温水由一敞 口储罐用泵送入塔内，水的流 量为20m3/h，塔内压力为196 KPa（表压）。泵的吸入管长度 为5m，管径为φ108×4，泵出口 到塔进口之间的管长为20 m， 管径为φ57×3.5。塔进口前的截 止阀半开。求第32此页/共3管6页 路系统输送 水所需的外加机械能，取相对
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问题：怎样求流体流量？
流量：qV C0S0
2(
)gR
C0S0
2p
试差法
步骤 ：
假定
d0/d1
C0 qv
孔流系数C0
0.82
0.80 0.78
0.76 0.74
0.72 0.70
0.68 0.66
0.64
u
0.62
0.60
Re
5 104
5 105
Re
5
d1u1106
第14页/共36流页量系数与Re之间的关系
第15页/共36页
解：
qm qV C0S0
2( )gR
C0S0
2p
C0S0
2p
d0/d1=0.13/0.19=0.68
假 设 C0在 定 值 区域 内，用 d0/d1值 由图中 查的C0=0.68 而：
μ=23.75×10-6PaS
△P=58.86KPa
S0=0.785d02 = 0.0133 m2
第8页/共36页
2. 孔板流量计
(1) 结构及特点
1) 结构
孔板：测量元件；
缩脉：孔板后1/3～2/3 d 处。
1
d1S1u1
0
d0S0u0
2
d2S2u2
0
2
1
R
孔板流量计
第9页/共36页
压差计两种取压方式： 缩脉取压：孔板前1d 孔板后0.5d处。 角接取压：孔板前后，并尽量靠近孔板。 工业上，常用角接取压。
zz22第28页共36页三关于阻力损失的取值三关于阻力损失的取值至截面截面至截面截面至截面截面第29页共36页四各截面上压力的取值四各截面上压力的取值进口内外侧压力不相等在11至11之间列方程静压能的减少用来克服入口阻力损失及转换为动压能
流速与流量的测定
会计学
1
1）当量长度法
hf
le
d
u2 2
2) 特点：节流式流量计 (恒截面，变压差)
(2) 测量原理 在上图所示的1-1、2-2面间列机械能衡算方程：
若不考虑阻力损失，有：
p1 u12
p2
u
2 2
2 2
第10页/共36页
或
u22
u 21
2(
p1
p2 )
2gR(0
)
考虑阻力损失，并以孔口流速u0代替缩脉处速度u2，则有：
u02 u12 C
2) 缺点 不耐高压 (小于0.5 MPa)， 管道直径有限 (小于50mm)。
5. 堰
H
(1) 结构
堰板---- 具有不同形状的缺口
(2) 用途：用于测定明渠中流体的流量。
第25页/共36页
b
α
三角形堰
（3）流量 对长方形堰口：
qV 1.77(b 0.2H )H1.5
式中：b — 堰顶宽度，m； H — 堰口高度，m
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4. 转子流量计
(1) 结构与特点 1）结构
锥形体（锥角约40）； 转子（密度大于流体密度）。
2) 特点： 变截面，恒压差。
从转子的悬浮高度直接 读取流量数值。
它 由 一 个 截 面积自 下而上 逐渐扩 大的锥 形玻璃 管构成 。
第19页/共36页
(2) 测量原理 原理：转子在流体中受力平衡 对控制体(含转子的圆柱体)作力衡算：
0.80 0.78 0.76
0.74
工业标准孔板：d0 0.5
0.72 0.70
d1
0.68
0.66
Re 6104时，C0
0.60 ~ 0.65
0.64 0.62
0.60
5 104
5 105
Re
5
d1u1106
流量系数与Re之间的关系
第12页/共36页
d0 d1
0.80
0.75
0.70 0.65 0.60 0.55 0.45 0.20
对三角形堰口：
qV 1.42(tan)H 2.5
第26页/共36页
柏努利方程应用中有关截面选在内侧、外侧对方 程中各项数值的影响
1 1′
U1, P1, Z1
U1′, P1′, Z1′
2 2′
U2, P2, Z2
U2′, P2′, Z2′
u
第27页/共36页
一、各截面上流速的选择
u速1=为0;零u2′=0 依据：大截面处流 u1′=u; u2=u
2）局部阻力系数法
hf
u2 2
查数据表 式中 ： le —— 当量长 度
式中 ： ----局部阻力 系数
hf
( l le d
)
u2 2
第1页/共36页
hf
( l le d
)
u2 2
hf
l
(
d
le ) u2 2
hf
( l
d
)
u2 2
第2页/共36页
2.4 流速和流量测定
● 流体的速度和流量测定是一个重要的测量参数； ● 测量用的方法和流量计的种类很多。 ● 以机械能衡算方程为基础的测定方法，应用公式：
(3) 安装要求 1) 稳定段长度：上游15~40d，下游5d处； 2) 不宜安装在要求阻力很小处(如泵入口)。
(4) 主要优缺点 优点：结构简单，制造、使用方便，造价低； 缺点：永久阻力损失大（实测压差的75%）。
说明：当被测流体为气体时
流量：qV C0S0
2(
)gR
C0S0
2p
气体膨胀系数，是压力比、绝热指数 级直径 比的函 数，可 查表得 到。
z2
2
流体流动方向
z1
1
转子体积
转子受力分析
Vf f g Vf g S f ( p1 p2)
列1-1及2-2间的机械能衡算方程：
z1g
p1
u12 2
z2g
p2
u22 2
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p1
p2
(z2
z1 ) g
1 2
(u22
u12 )
R
代入：u1
S2 S1
u2
环隙面积 玻璃管截面积u2
* 量程不符时，
qV 改 C变Rs转2 子2gρVf、f s(fVff、 S)f
3) 转子流量计的量程 4) 阻力损失
qV max S2,max
q S V min
2,min
Re 104时，阻力损失不随流量变化。
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(4) 安装
1) 必须垂直安装（只能测垂直管中流量）； 2) 必须保证转子位于管中心；
(3) 流量计的校正 1) 刻度标准(厂家)：液体 20℃、 水；
气体 20℃、101325 Pa的空气。
2) 条件变化时，校正方法： * 测不同种类流体时， a）校正密度 同一刻度下，
第22页/共36页
即：qVB qVA
A( f B ) B ( f A)
b）实验，重新标定刻度-流量曲线(常用 方法）
d
2
出口=1
常温水: 1000kg / m3;
Re du 1.42105
λ=0.0215
/ d 0.001
1mPa s;
L=20 m; d=0.05 m
u=2.83 m/s
qv 20m3 / h
hf 2 85.4J / Kg
We
p2
g(z2
z1)
hf
196103
9.8110 0.626 85.4 380J / Kg
外管：开口平行于流向 pB——静压能； 内管：开口垂直于流向 pA——滞点压力。 滞点压力(冲压能) =静压能+动能
A
B
1
2
pA pB ur2
2
R
实际应用的毕托管示意图
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因此，ur
2pAB
2( )gR
使用时需校正：ur CP
2( )gR
CP：校正系数，一般取0.98～1.00 (实测) 流量计标定：校正流量计的过程。 (3) 使用方法 1) 测量点速度 问题：如何测平均流速、流量、速度分布
1000
第35页/共36页
p1
gz1
u12 2
We
p2
gz2
u22 2
hf
1u1s1 2u2s2
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1. 测速管（毕托管 Pitot ）: 测管路中流体的点流速
(1) 结构
同心套管、压差计 。
A B
R
实际应用的毕托管示意图
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(2) 测量原理 • 未放测速管时，截面各点均为静压能。 • 放入测速管后，